气动光学效应对激光测距系统的干扰分析(2)
2.1 国外研究现状国外对于气动光学的理论研究始于20世纪 60 年代，并早已趋于成熟。并且他们凭借其优越的实验条件，对于气动光学的模型建立，实验测量，理论计算以及图像修正方面，针对低速湍流、亚声速到高超声速剪切湍流层和湍流附面层等不同的研究对象，都取得了成果源]自=优尔-^论-文"网·www.youerw.com/ ，并且其研究方法已从 80 年代的统计方法发展到目前的统计方法和动态实时测量相结合。以美国为主要代表的国外发达国家已成功地将这项技术应用于新一代武器装备中。美国和以色列合作研制的“箭”式(arrow)导弹,突破了高速导弹光学成像探测气动光学效应与校正等一系列问题,并成功地进行了拦截目标的飞行试验而转入定型装备阶段。美国“战区高空区域防御系统”(THAAD)的拦截弹采用了光学侧窗红外成像探测体制,在完成高层拦截飞行试验之后,正在考虑进行气动光学效应更加严重的低层拦截飞行试验[1,2]。美国正在研制试验的“大气层内拦截弹”(AIT)采用双波段红外成像制导体制,正在突破相关的气动光学效应校正技术。 除此之外,美国机载激光武器(ABL)以波音 747 飞机为载体,完成了对战术弹道导弹(TBM)主动段拦截演示验证试验[3]。这些公开报道表明,美国以机载精密跟瞄系统和激光发射系统为应用背景的气动光学效应问题已基本得到解决。
2.2 国内研究现状国内在气动光学领域的研究始于20 世纪 90 年代初,由殷兴良在国内首先提出了研究气动光学效应这一新课题， 并把气动光学效应与校正技术作为第四代空天防御武器的主要关键技术之一， 率领课题组成员开展了深入的理论研究和有针对性的原理试验，取得了丰硕的研究成果。但是国内的研究主要集中于理论研究和数据仿真，在实验和应用方面的研究还是比较少的。
2.2.1 理论方面中国航天科工集团公司的殷兴良的理论研究主要是根据光学工程方法， 建立描述气动光学效应的数学理论。[4]研究的重点是光学传输效应，研究的难点在于：（1）光学传输效应是由湍流流场引起的，而湍流流场运动是无规律的，目前还没有完整的理论来描述湍流流场运动。（2）当光在随机场中进行传输时，由于湍流运动的随机性，所以需要进行一系列的假设，这些假设并没有理论依据，它们的准确性需要在后期实验中加以验证。（3）气动光学主要研究的是密度场的问题，特别是对密度脉动的描述，而流体力学在这方面的研究极少，因而不能简单地照搬流体力学的研究方法来研究气动光学。为了研究气动光学，需要将湍流运动对光学传输效应的影响分解为两部分:平均运动产生的影响和脉动运动产生的影响， 并将湍流流场中光学传输效应的理论分析建立在如下的假设上。假设 1:湍流流场是一个随机场ζ(r,t) ，其中ζ用来表示湍流的物理量，r 用来空间坐标（x, y, z） ，且假设随机变量相对于时间是独立的。假设 2:高速飞行器的湍流流场密度脉动具有空间相关性，可用 von K•rm•n 模型、指数模型和 Gaussian 模型来描述密度脉动的相关函数[5,6]。假设 3:高速飞行器的湍流流场密度脉动会对穿过其中的波前产生扰动， 这种扰动可以类似于一个随机相位屏对波前的影响， 且这个随机相位屏是以某种速度 v 沿流体流动方向移动的。在上述假设基础上，经过一系列的数学运算，可以得出光传输到湍流流场后引起的相位脉动功率谱:
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